CÃmara de plasma reativo para ensaio de materiais de sistema de proteÃÃo tÃrmica em ambiente de reentrada.

AUTOR(ES)

Barros, Edson de Aquino

DATA DE PUBLICAÇÃO

2002

RESUMO

Neste trabalho apresenta-se resultados de uma pesquisa experimental realizada no LaboratÃrio de Plasmas e Processos do ITA, a qual, teve como objetivo principal desenvolver uma infra-estrutura laboratorial para simulaÃÃo de ambiente de reentrada atmosfÃrica e, em especÃfico executar ensaios de materiais de proteÃÃo tÃrmica, adequados a disponibilidade de recursos existentes. Em primeira instÃncia sÃo descritos os principais aspectos da reentrada, agrupando-os numa base de conhecimento necessÃria para iniciar pesquisas relacionadas à simulaÃÃo experimental. Numa segunda instÃncia, apresentam-se formas conhecidas de simulaÃÃo de reentrada, descrevendo as principais caracterÃsticas de um tÃnel de vento a plasma, do aparato experimental utilizado para geraÃÃo dos jatos de plasma e dos mÃtodos de diagnÃsticos para caracterizaÃÃo do jato produzido. Quanto ao aspecto prÃtico, primeiro descreve-se caracterÃsticas dos equipamentos que foram implementados na cÃmara de vÃcuo para ensaio de materiais, dos que jà estavam disponÃveis e dos que foram especialmente construÃdos para realizaÃÃo dos experimentos. A cÃmara com 3,2m3 de volume interno està equipada com sistema de bombeamento adequado para atingir a pressÃo residual de 10-4N/m2, medidores de vÃcuo, vÃlvula automÃtica para controle da pressÃo de processo e fluxÃmetros para 5 tipos de gases. Levantou-se a capacidade de bombeamento do sistema de vÃcuo, correlacionando fluxo de gÃs injetado e pressÃo, obtendo-se como resultados curvas completas de calibraÃÃo da EstaÃÃo Experimental, as quais definem os limites de parÃmetros aerodinÃmicos que podem ser simulados no sistema. Construiu-se e testou-se trÃs tipos conceituais de geradores de jato de plasma, para ensaios tÃrmicos de materiais: o reator do tipo catodo oco refrigerado a Ãgua, duas versÃes do reator do tipo descarga em regime de arco a baixa pressÃo, com catodo de mercÃrio e condensador de vapor resfriado a nitrogÃnio lÃquido e duas versÃes de tocha de plasma. O reator do tipo descarga em de arco com catodo de mercÃrio trata-se de uma concepÃÃo inovadora para geraÃÃo do jato de plasma, atravÃs da qual, pode-se obter menor grau de contaminaÃÃo do jato lanÃado na cÃmara de expansÃo. Foi construÃda uma fonte de potÃncia elÃtrica capaz de gerar tensÃo de 1,6kV e corrente de 3A para produzir a descarga que forma o jato de plasma. Diversos ensaios foram efetuados visando caracterizar os parÃmetros operacionais desses reatores bem como mostrar a viabilidade de se produzir na cÃmara de vÃcuo um jato de plasma com intensidade adequada para ser utilizado em ensaios tÃrmicos de materiais. Analises de espectrometria de massa foram realizadas para caracterizar as espÃcies quÃmicas do jato de plasma formado em Ar, N2, O2 e suas misturas. Finalmente ensaios tÃrmicos preliminares confirmaram a aplicabilidade dos jatos de plasma gerados para o adequado teste de material, tendo sido produzidos jatos com potÃncias da ordem de atà 2,5MW/m2 em pressÃes entre 70 e 440N/m2 que correspondem a faixa entre 37 e 52km de atitude. A realizaÃÃo dos trabalhos permitiu ampliar conhecimento e experiÃncia, indicando claramente a possibilidade de se atingir o objetivo principal da equipe de pesquisa que à a realizaÃÃo da proposta de planos para construÃÃo de um TÃnel de Plasma Brasileiro.

ASSUNTO(S)

reentrada atmosfÃrica descargas elÃtricas a arco jatos a plasma proteÃÃo tÃrmica sistemas de vÃcuo ensaios de materiais tÃneis de vento aerotermodinÃmica

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